Redis為何速度這么快

小編給大家分享一下redis為何速度這么快，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

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我們都知道Redis很快，它QPS可達(dá)10萬（每秒請求數(shù)）。那Redis為什么這么快呢

基于內(nèi)存實現(xiàn)

我們都知道內(nèi)存讀寫是比磁盤讀寫快很多的。Redis是基于內(nèi)存存儲實現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫，相對于數(shù)據(jù)存在磁盤的數(shù)據(jù)庫，就省去磁盤磁盤I/O的消耗。MySQL等磁盤數(shù)據(jù)庫，需要建立索引來加快查詢效率，而Redis數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存，直接操作內(nèi)存，所以就很快。

高效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

我們知道，MySQL索引為了提高效率，選擇了B+樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。其實合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是可以讓你的應(yīng)用/程序更快。先看下Redis的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)&內(nèi)部編碼圖：

SDS簡單動態(tài)字符串

struct sdshdr { //SDS簡單動態(tài)字符串
    int len;    //記錄buf中已使用的空間
    int free;   // buf中空閑空間長度
    char buf[]; //存儲的實際內(nèi)容
}

字符串長度處理

在C語言中，要獲取撿田螺的小男孩這個字符串的長度，需要從頭開始遍歷，復(fù)雜度為O（n）; 在Redis中， 已經(jīng)有一個len字段記錄當(dāng)前字符串的長度啦，直接獲取即可，時間復(fù)雜度為O(1)。

減少內(nèi)存重新分配的次數(shù)

在C語言中，修改一個字符串，需要重新分配內(nèi)存，修改越頻繁，內(nèi)存分配就越頻繁，而分配內(nèi)存是會消耗性能的。而在Redis中，SDS提供了兩種優(yōu)化策略：空間預(yù)分配和惰性空間釋放。

空間預(yù)分配

當(dāng)SDS簡單動態(tài)字符串修改和空間擴(kuò)充時，除了分配必需的內(nèi)存空間，還會額外分配未使用的空間。分配規(guī)則是醬紫的：

• SDS修改后，len的長度小于1M，那么將額外分配與len相同長度的未使用空間。比如len=100，重新分配后，buf 的實際長度會變?yōu)?00(已使用空間)+100(額外空間)+1(空字符)=201。

• SDS修改后, len長度大于1M，那么程序?qū)⒎峙?M的未使用空間。

惰性空間釋放

當(dāng)SDS縮短時，不是回收多余的內(nèi)存空間，而是用free記錄下多余的空間。后續(xù)再有修改操作，直接使用free中的空間，減少內(nèi)存分配。

哈希

Redis 作為一個K-V的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，它使用用一張全局的哈希來保存所有的鍵值對。這張哈希表，有多個哈希桶組成，哈希桶中的entry元素保存了*key和*value指針，其中*key指向了實際的鍵，*value指向了實際的值。

哈希表查找速率很快的，有點類似于Java中的HashMap，它讓我們在O(1)的時間復(fù)雜度快速找到鍵值對。首先通過key計算哈希值，找到對應(yīng)的哈希桶位置，然后定位到entry，在entry找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

有些小伙伴可能會有疑問：你往哈希表中寫入大量數(shù)據(jù)時，不是會遇到哈希沖突問題嘛，那效率就會降下來啦。

哈希沖突：通過不同的key，計算出一樣的哈希值，導(dǎo)致落在同一個哈希桶中。

Redis為了解決哈希沖突，采用了鏈?zhǔn)焦?/strong>。鏈?zhǔn)焦Ｊ侵竿粋€哈希桶中，多個元素用一個鏈表來保存，它們之間依次用指針連接。

有些小伙伴可能還會有疑問：哈希沖突鏈上的元素只能通過指針逐一查找再操作。當(dāng)往哈希表插入數(shù)據(jù)很多，沖突也會越多，沖突鏈表就會越長，那查詢效率就會降低了。

為了保持高效，Redis 會對哈希表做rehash操作，也就是增加哈希桶，減少沖突。為了rehash更高效，Redis還默認(rèn)使用了兩個全局哈希表，一個用于當(dāng)前使用，稱為主哈希表，一個用于擴(kuò)容，稱為備用哈希表。

跳躍表

跳躍表是Redis特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它其實就是在鏈表的基礎(chǔ)上，增加多級索引，以提高查找效率。跳躍表的簡單原理圖如下:

• 每一層都有一條有序的鏈表，最底層的鏈表包含了所有的元素。

• 跳躍表支持平均 O（logN）,最壞 O（N）復(fù)雜度的節(jié)點查找，還可以通過順序性操作批量處理節(jié)點。

壓縮列表ziplist

壓縮列表ziplist是列表鍵和字典鍵的的底層實現(xiàn)之一。它是由一系列特殊編碼的內(nèi)存塊構(gòu)成的列表， 一個ziplist可以包含多個entry， 每個entry可以保存一個長度受限的字符數(shù)組或者整數(shù)，如下：

• zlbytes ：記錄整個壓縮列表占用的內(nèi)存字節(jié)數(shù)

• zltail: 尾節(jié)點至起始節(jié)點的偏移量

• zllen : 記錄整個壓縮列表包含的節(jié)點數(shù)量

• entryX: 壓縮列表包含的各個節(jié)點

• zlend : 特殊值0xFF(十進(jìn)制255)，用于標(biāo)記壓縮列表末端

由于內(nèi)存是連續(xù)分配的，所以遍歷速度很快。。

合理的數(shù)據(jù)編碼

Redis支持多種數(shù)據(jù)基本類型，每種基本類型對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，每種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對應(yīng)不一樣的編碼。為了提高性能，Redis設(shè)計者總結(jié)出，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最適合的編碼搭配。

Redis是使用對象（redisObject）來表示數(shù)據(jù)庫中的鍵值，當(dāng)我們在 Redis 中創(chuàng)建一個鍵值對時，至少創(chuàng)建兩個對象，一個對象是用做鍵值對的鍵對象，另一個是鍵值對的值對象。

//關(guān)注公眾號：撿田螺的小男孩
typedef struct redisObject{
    //類型
   unsigned type:4;
   //編碼
   unsigned encoding:4;
   //指向底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針
   void *ptr;
    //...
 }robj;